O fitoplâncton forma a base da cadeia alimentar marinha, mas é notoriamente difícil para os cientistas contabilizarem - um pouco como tentar identificar e contar partículas de poeira no ar. Um veículo subaquático verdadeiramente independente mostra que pode dar conta do recado.

Trygve Olav Fossum observou uma laranja, O instrumento em forma de torpedo desliza do R / V Gunnerus e cai nas águas costeiras perto da ilha chamada Runde. Era junho de 2017 e Fossum, candidato a doutorado na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU), fazia parte de uma equipe de pesquisadores que tentava encontrar respostas para um problema incômodo.

Runde, uma ilha em forma de triângulo na costa média da Noruega, é conhecido por suas grandes populações de aves marinhas, incluindo papagaios-do-mar do Atlântico e Gannets do Norte.

Nos últimos anos, o número de pássaros aqui e em grande parte do Atlântico Norte caiu vertiginosamente. Ninguém sabe bem por quê.

Como primeiro passo em sua busca por pistas, Os pesquisadores da NTNU reuniram uma equipe interdisciplinar de geólogos, biólogos, matemáticos, cientistas e engenheiros da computação, como Fossum, cujo veículo subaquático autônomo (AUV) de dois metros de comprimento contribuiria para uma das informações mais incomuns na pesquisa de uma semana do Gunnerus.

AUV de Fossum, nomeado após o oceanógrafo norueguês Harald Sverdrup, iria coletar informações que permitissem aos cientistas fazer um mapa 3-D dos pontos quentes do fitoplâncton. Essas são as minúsculas células de algas unicelulares na base da cadeia alimentar. Seu tamanho microscópico e tendência a se acumular em manchas tornaram essa informação quase impossível para os biólogos coletarem no passado.

O AUV foi programado para pensar em movimento - "ver" onde estava o fitoplâncton, escolhendo seu próprio curso para ampliar patches em uma área para obter uma amostra melhor. Os cientistas chamam isso de "amostragem adaptativa". Os mapas 3D, por sua vez, poderia fornecer pistas importantes sobre por que as populações de pássaros em torno de Runde estavam despencando.

O zooplâncton se alimenta do fitoplâncton. Os peixinhos comem zooplâncton. Os peixes maiores comem os menores. Finalmente, pássaros marinhos, como papagaios-do-mar, festejam nessas manchas de peixes. Se algo estava mudando as quantidades ou distribuição do fitoplâncton, pode desencadear uma reação em cadeia que pode afetar os pássaros.

Ter um AUV inteligente que pode ser programado para procurar manchas de fitoplâncton "é uma virada de jogo completa, "diz Geir Johnsen, um biólogo NTNU está colaborando no projeto. Os resultados da excursão de Harald nas águas ao largo de Runde foram relatados recentemente em Ciência Robótica .

Grandes áreas desconhecidas, e manchas concentradas de fecundidade

Os biólogos marinhos enfrentam um problema fundamental. O oceano é profundo, ampla e geralmente mal compreendida. Algumas áreas são mais interessantes do que outras, especialmente os pequenos, áreas concentradas que fervilham de vida, como as águas costeiras ou os locais onde as correntes se encontram. Para fazer o trabalho deles, os biólogos precisam entender quais fatores tornam alguns trechos do oceano férteis e outros não.

Os biólogos descrevem esta situação como, Nós vamos, "irregularidade, "Fossum disse. A irregularidade do fitoplâncton está relacionada a uma série de diferentes interações biofísicas, como correntes, turbulência e mistura, e processos biológicos, como quantas outras criaturas estão comendo o fitoplâncton.

"Isso significa que é uma questão muito difícil descobrir o que controla a fragmentação desses organismos no oceano, "Fossum disse.

Mesmo se você estiver em um lugar que é conhecido por ser um ponto quente, a irregularidade pode dificultar a quantificação precisa dos organismos marinhos na área, especialmente se você estiver colhendo amostras de um barco de pesquisa, diz Glaucia Fragoso, um pós-doutorado no Departamento de Biologia da NTNU que estava no cruzeiro com Fossum.

"Se deixarmos nosso amostrador no lugar errado, podemos subamostrar e subestimar os números do fitoplâncton, "ela disse." Ou se deixarmos nosso amostrador bem no meio de um patch, podemos superestimar. "

Por que os patches estão onde estão

Isso é o que torna a amostragem adaptativa de Harald, o AUV, tão único, Disse Fragoso. Dada uma área para explorar, ele pode fazer um mapa 3-D de manchas de fitoplâncton. E saber onde estão os patches permite que os cientistas estudem outras características daquela área para entender melhor por que os patches estão onde estão.

"A concentração (do fitoplâncton) está aí por causa da salinidade?" disse Fossum. "Talvez o fitoplâncton esteja concentrado ao longo de uma camada de temperatura ou salinidade, ou talvez haja algum outro efeito físico que os está mantendo onde estão? "

Saber onde e por que o fitoplâncton se agrega e se agrupa de diferentes maneiras pode ajudar a responder a perguntas sobre criaturas que dependem do oceano para se alimentar, como as aves marinhas em Runde.

As aves marinhas normalmente nidificam em áreas onde têm fácil acesso a alimentos, já que eles têm que se alimentar e a seus filhotes, também. Então, descobrir as quantidades de fitoplâncton e onde eles estão, em combinação com outras medidas, pode ajudar a explicar tendências maiores nas populações de aves marinhas.

Amostragem adaptável para maiores detalhes

Harald foi programado com um cérebro sofisticado e equipado com um dispositivo de medição especial chamado ECOpuck aninhado em sua parte traseira. Quando Fossum o lançou na água naquele dia de junho, Harald vagaria pelas profundezas do oceano em uma área delimitada por uma caixa de 700 × 700 metros, coleta de informações para fazer um mapa 3-D do fitoplâncton.

O ECOpuck não mede o fitoplâncton em si, mas algo chamado clorofila a fluorescência. O fitoplâncton usa pigmentos de clorofila a no processo de fotossíntese, e a substância fica com uma fluorescência vermelha quando exposta à luz. O ECOpuck detecta a fluorescência, o que pode indicar a quantidade de biomassa fitoplanctônica encontrada na água.

No início da jornada do AUV, ele faz medições nas laterais da caixa e, em seguida, aumenta gradualmente o zoom na área delineada pela caixa à medida que detecta a região que parece ter mais clorofila a, Fossum diz.

“Encaixa em um volume de água e com base no que vê, estima o que está dentro, - disse ele. - Depois planeja uma rota para dentro e faz um mapa da região mais interessante. O que eu realmente quero com este é um mapa preciso, com a precisão onde é mais necessária - onde a agregação de plâncton é alta. "

Os pesquisadores também confiaram em outros métodos de amostragem para coletar ainda mais informações sobre o plâncton em torno de Runde, incluindo uma câmera especial que tirava fotos de plâncton individual, e os contou e identificou automaticamente para ajudar a verificar os resultados do AUV.

Um futuro para navios e AUVs

Apesar do sucesso do AUV, Fossum e outros explicam que os biólogos ainda precisam coletar informações de outras fontes - como cruzeiros de pesquisa a bordo do R / V Gunnerus.

"A oceanografia está caminhando em direção a esforços combinados para coletar dados, onde a amostragem robótica é uma parte essencial, fornecendo recursos e resolução que antes eram inatingíveis com os métodos tradicionais, "Fossum disse." O objetivo final é medir efetivamente o impacto da mudança climática no ecossistema, por exemplo."

Fossum diz que há uma necessidade de monitoramento muito mais persistente das costas da Noruega, áreas marinhas protegidas, e habitats frágeis.

"O objetivo é, eventualmente, automatizar muito mais esse trabalho, mas não pretendemos substituir os navios, eles ainda são vitais neste esforço, " ele disse.

O mistério permanece

Por sua parte, Fragoso vê o valor de ter um AUV como o Harald para ajudar a identificar onde ela e outros biólogos deveriam realizar amostragens mais detalhadas.

"O fitoplâncton não é fácil de amostrar porque está constantemente respondendo a um ambiente em constante mudança, "disse ela." Isso nos dá muitas informações adicionais sobre como o fitoplâncton ocorre na coluna de água. E quanto mais informações tivermos, o melhor."

Quanto ao mistério dos pássaros em Runde, Fossum e Johnsen dizem que os cientistas precisam fazer mais pesquisas por um período mais longo. Por exemplo, o momento da disponibilidade de alimentos é muito importante para peixes e pássaros.

"Os pássaros precisam encontrar comida, especialmente quando seus filhotes estão nascendo, e os peixes precisam ser da espécie e do tamanho certos para as aves marinhas sobreviverem, "Johnsen diz." Mudanças climáticas e poluição estão alterando rapidamente as condições do ecossistema marinho, e precisamos saber mais. "

"Tiramos uma foto dessa área, que nos diz algo sobre o ecossistema atual naquela época, "Fossum acrescentou." Mas precisaremos voltar e obter outro instantâneo para detectar mudanças e identificar causas potenciais para dizer algo sobre o motivo do declínio das aves. "